Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности

Тот факт, что 98 процентов человеческого генома не кодирует белки, заставляет предположить, что эволюция приложила колоссальные силы для разработки сложных регуляторных процессов, протекающих с помощью нкРНК. Некоторые авторы заходят настолько далеко, что выдвигают гипотезы о том, что именно нкРНК являются генетическими факторами, предопределившими появление и развитие главной отличительных характеристик Homo sapiens — наших высших мыслительных процессов[141].

Геном шимпанзе, наших ближайших родственников, был описан в 2005 году[142]. Не существует какой-либо единственной и универсальной цифры, которую мы могли бы привести, чтобы продемонстрировать, насколько близки геномы шимпанзе и человека. Обобщить статистические данные невероятно сложно, потому что необходимо принимать во внимание различные области генома (например, повторяющиеся участки и единственная копия кодирующего белок гена), которые по-разному влияют на статистические показатели. Однако есть два фактора, в которых мы можем быть совершенно уверены. Первый из них заключается в том, что белки человека и шимпанзе удивительно похожи. Около трети всех белков абсолютно одинаковы у нас и наших длинноруких собратьев, а остальные отличаются лишь одной или двумя аминокислотами. Вторая наша общая отличительная черта состоит в том, что свыше 98 процентов наших геномов не кодируют белки. Это говорит о том, что оба вида используют нкРНК для создания сложных регуляторных сетей, которые управляют экспрессией гена и белка. Но между людьми и шимпанзе есть и существенное отличие, которое может иметь очень большое значение. Заключается оно в том, как обходятся с нкРНК клетки человека и шимпанзе.

Связано это с процессом, который называется редактированием. Складывается впечатление, что клетки человека просто не могут жить спокойно, особенно когда дело касается нкРНК[143]. Как только нкРНК начинает продуцироваться, клетки тут же начинают всячески модифицировать ее с помощью самых разнообразных механизмов. В частности, они часто меняют основание А на основание, которое называется И (инозин). Основание А может соединяться с Т в ДНК или с У в РНК. А основание И способно составлять пары и с А, и с Ц, и с Г. Это меняет последовательности, с которыми может соединяться нкРНК.

Мы, люди, в значительно большей степени редактируем свои молекулы нкРНК, нежели какие-либо другие виды. Даже другие приматы не могут сравниться с нами в этом[144]. Особенно активно редактирование производится в головном мозге. Это заставляет предположить, что именно процессами редактирования нкРНК можно объяснить, почему мы настолько сильно отличаемся в мыслительных способностях от своих ближайших родственников-приматов, даже несмотря на удивительное подобие наших матриц ДНК.

В некотором смысле, в этом и заключается прелесть нкРНК. Они предоставляют организмам относительно безопасный инструмент изменения разнообразных аспектов регуляции клеток. Эволюция отдала предпочтение этому механизму, наверное, просто по той причине, что пытаться повысить функциональность путем изменения белков слишком рискованно. Белки, видите ли, это для клеток, совсем как Мэри Поппинс для своих учеников, они также — «само совершенство».

Все молотки, в принципе, похожи друг на друга. Они могут быть большими, они могут быть маленькими, но, что касается устройства, то вряд ли вы сможете внести в молоток какие-либо изменения, которые сделали бы его существенно лучше. Это же справедливо и в отношении белков. Белки наших организмов эволюционировали на протяжении миллиардов лет. Давайте обратимся всего лишь к одному примеру. Гемоглобин — это пигмент в эритроцитах, переносящий кислород по нашему организму. Он прекрасно приспособлен к тому, чтобы собирать кислород из легких и выпускать его в тканях, где в нем существует потребность. Никому и никогда не удавалось в лабораторных условиях создать измененную версию гемоглобина, которая справлялась бы с этой работой лучше, чем натуральный белок.

К сожалению, создать молекулу гемоглобина хуже природной на удивление легко и просто. В действительности, именно это и происходит при таких нарушениях как серповидно-клеточная анемия, когда в результате мутаций вырабатываются бедные гемоглобином белки. И то же самое можно сказать о подавляющем большинстве белков. Так что, если условия окружающей среды не меняются кардинальным образом, какие-либо изменения белка могут привести только к худшему. Большинство белков и без того хороши настолько, насколько это можно себе представить.

Так как же эволюция решила задачу создания более сложных и совершенных организмов? В первую очередь, изменением регуляции белков, а не изменением самих белков. А этого можно достичь с помощью разветвленной сети молекул нкРНК, определяющих, как, когда и до какой степени должны экспрессироваться конкретные белки, и мы располагаем доказательствами того, что все происходит именно так.